সার্ন-এর এলএইচসিবি (LHCb) পরীক্ষায় নতুন ‘ডাবললি চার্মড’ ব্যারিওন Ξ_cc⁺ আবিষ্কৃত: দ্বিতীয় ‘ভারী প্রোটন’-এর সন্ধান

২০২৬ সালের ১৭ মার্চ, ইউরোপীয় পারমাণবিক গবেষণা সংস্থা (CERN)-এর LHCb কোলাবরেশন আনুষ্ঠানিকভাবে একটি নতুন অতিপারমাণবিক কণা আবিষ্কারের ঘোষণা দিয়েছে। এই কণাটির নাম দেওয়া হয়েছে ‘ডাবললি চার্মড’ ব্যারিওন Ξ_cc⁺ (Xi-cc-plus)। রেনকনট্রেস ডি মরিওন্ড ইলেকট্রোউইক (Rencontres de Moriond Electroweak) কনফারেন্সে এই যুগান্তকারী ফলাফলটি উপস্থাপন করা হয়, যা ২০২৩ সালে LHCb ডিটেক্টরের সম্পূর্ণ আধুনিকীকরণের পর প্রাপ্ত প্রথম বড় বৈজ্ঞানিক সাফল্য।

• কী পাওয়া গেছে: ভারী হ্যাড্রন পরিবারের একটি নতুন ব্যারিওন, যা অনেকটা প্রোটনের মতো কিন্তু এতে দুটি ভারী কোয়ার্ক রয়েছে।
• অনন্য গঠন: এর কোয়ার্ক বিন্যাস হলো ccd—অর্থাৎ দুটি চার্ম কোয়ার্ক (c) এবং একটি ডাউন কোয়ার্ক (d)। এটি ২০১৭ সালে আবিষ্কৃত Ξ_cc^{++} (ccu) কণার একটি আইসোস্পিন সঙ্গী।
• গুরুত্ব: এটি কোয়ান্টাম ক্রোমোডাইনামিক্স (QCD) বা সবল মিথস্ক্রিয়া তত্ত্ব পরীক্ষার ক্ষেত্রে এক অভূতপূর্ব সুযোগ তৈরি করেছে, যা প্রোটন ও নিউট্রনের অভ্যন্তরে কোয়ার্কগুলোকে আটকে রাখে।
• ভর: এর ভর পরিমাপ করা হয়েছে 3619.97 ± 0.83 (stat.) ± 0.26 (syst.) (+1.90 / −1.30) MeV/c², যা প্রোটনের চেয়ে প্রায় চার গুণ বেশি ভারী।
• নির্ভরযোগ্যতা: এই আবিষ্কারের গুরুত্ব 7σ-এর বেশি, যা 5σ-এর আদর্শ সীমার চেয়ে অনেক উপরে। প্রায় 915টি ঘটনায় এই সিগন্যাল শনাক্ত করা হয়েছে।

সাধারণত একটি প্রোটন দুটি আপ-কোয়ার্ক এবং একটি ডাউন-কোয়ার্ক (uud) দিয়ে গঠিত। কিন্তু এই নতুন কণায় দুটি হালকা আপ-কোয়ার্কের বদলে দুটি ভারী চার্ম কোয়ার্ক যুক্ত হয়েছে, যাকে বিজ্ঞানীরা প্রোটনের একটি ‘কোয়ার্ক আপগ্রেড’ হিসেবে অভিহিত করছেন। আইনস্টাইনের বিখ্যাত E = mc² সূত্র অনুযায়ী, এই কণার ভরের সিংহভাগই আসে এর ভারী কোয়ার্কগুলোর মধ্যকার বন্ধন শক্তি থেকে।

এই কণাটি অত্যন্ত অস্থিতিশীল এবং এটি প্রায় মুহূর্তের মধ্যেই Ξ_cc⁺ → Λ_c⁺ K⁻ π⁺ প্রক্রিয়ায় ক্ষয়প্রাপ্ত হয়, যার পরবর্তী ধাপে Λ_c⁺ থেকে p K⁻ π⁺ উৎপন্ন হয়। কণাটির এই দ্রুত রূপান্তর এবং জটিল ক্ষয় প্রক্রিয়া বিজ্ঞানীদের জন্য এর অস্তিত্ব প্রমাণ করা বেশ চ্যালেঞ্জিং করে তুলেছিল।

তাত্ত্বিক পূর্বাভাস অনুযায়ী, জটিল কোয়ান্টাম প্রভাবের কারণে Ξ_cc⁺-এর আয়ুষ্কাল তার সহোদর কণা Ξ_cc^{++}-এর তুলনায় প্রায় ছয় গুণ কম হতে পারে। এই স্বল্পস্থায়ী প্রকৃতির কারণেই একে শনাক্ত করা আগে সম্ভব হয়নি, এমনকি ২০০২ সালের সেলেক্স (SELEX) বা পূর্ববর্তী এলএইচসিবি পরীক্ষায় কোনো জোরালো সংকেত পাওয়া যায়নি।

২০২৪ সালের রান ৩ (Run 3) পর্যায়ের প্রোটন-প্রোটন সংঘর্ষের তথ্য বিশ্লেষণ করে এই সাফল্য অর্জিত হয়েছে, যেখানে ইন্টিগ্রেটেড লুমিনোসিটি ছিল প্রায় 6.9 fb⁻¹। আধুনিকীকৃত এলএইচসিবি ডিটেক্টরের (Upgrade I) বর্ধিত সংবেদনশীলতা এই কণাটিকে খুঁজে পেতে এবং এর সূক্ষ্ম সংকেত শনাক্ত করতে মূল ভূমিকা পালন করেছে।

ডাবললি চার্মড ব্যারিওনগুলো ভারী কোয়ার্কের পরিবেশে কিউসিডি (QCD) পরীক্ষার জন্য একটি আদর্শ গবেষণাগার হিসেবে কাজ করে। যখন দুটি কোয়ার্ক ভারী হয়, তখন তাত্ত্বিক গণনা অনেক বেশি নির্ভুল হয়, যা বিজ্ঞানীদের সবল মিথস্ক্রিয়ার মডেলগুলো এবং টেট্রাকোয়ার্ক বা পেন্টাকোয়ার্কের মতো বিচিত্র অবস্থাগুলো আরও কঠোরভাবে যাচাই করার সুযোগ দেয়।

এলএইচসিবি কোলাবরেশনের মুখপাত্র ভিনসেঞ্জো ভ্যাগনোনি (Vincenzo Vagnoni) এই আবিষ্কারের গুরুত্ব তুলে ধরে বলেন, “২০২৩ সালের ডিটেক্টর আপগ্রেডের পর এটিই প্রথম নতুন কণা শনাক্তকরণ এবং ইতিহাসে এটি মাত্র দ্বিতীয়বার যখন দুটি ভারী কোয়ার্ক বিশিষ্ট ব্যারিওন দেখা গেল। এই ফলাফল তাত্ত্বিক পদার্থবিদদের কোয়ান্টাম ক্রোমোডাইনামিক্সের মডেলগুলো যাচাই করতে দারুণভাবে সাহায্য করবে।”

সার্ন-এর ডিরেক্টর জেনারেল মার্ক থমসন (Mark Thomson) যোগ করেন, “এটি একটি উজ্জ্বল উদাহরণ যে কীভাবে এলএইচসিবি-র অনন্য সক্ষমতা এবং হার্ডওয়্যার আধুনিকীকরণ সরাসরি নতুন নতুন বৈজ্ঞানিক আবিষ্কারের দিকে নিয়ে যাচ্ছে, যা আমাদের মহাবিশ্বের গভীরতম রহস্য উন্মোচনে সহায়ক।”

রান ৩ থেকে আরও তথ্য সংগ্রহের মাধ্যমে বিজ্ঞানীরা ভবিষ্যতে এই কণার সঠিক আয়ুষ্কাল, স্পিন-প্যারিটি এবং বিভিন্ন ক্ষয় পথ নিয়ে আরও বিস্তারিত গবেষণা করার পরিকল্পনা করছেন। দীর্ঘমেয়াদী লক্ষ্য হলো আরও বিচিত্র বস্তু যেমন তিনটি চার্ম কোয়ার্ক বিশিষ্ট ব্যারিওন খুঁজে বের করা, যা বর্তমান পদার্থবিজ্ঞানের সীমানাকে আরও প্রসারিত করবে।

লার্জ হ্যাড্রন কোলাইডারে এ পর্যন্ত আবিষ্কৃত এটি ৮০তম হ্যাড্রন কণা। এই আবিষ্কারটি স্ট্যান্ডার্ড মডেলের পূর্বাভাসের সাথে পুরোপুরি মিলে যায় এবং মহাবিশ্বের মৌলিক গঠনকারী উপাদানগুলোর সবল পারমাণবিক মিথস্ক্রিয়া বোঝার ক্ষেত্রে এক নতুন দিগন্ত উন্মোচন করেছে যা বিজ্ঞানীদের কয়েক দশক ধরে ভাবিয়ে তুলছে।

এই আবিষ্কারের তথ্যগুলো সার্ন-এর অফিসিয়াল প্রেস রিলিজ, এলএইচসিবি আউটরিচ এবং মরিওন্ড ২০২৬-এর উপস্থাপনা থেকে সংগ্রহ করা হয়েছে। এই গবেষণাটি বিশ্বজুড়ে কণা পদার্থবিজ্ঞানের ক্ষেত্রে একটি মাইলফলক হিসেবে বিবেচিত হচ্ছে।

শিল্পীর তুলিতে Ξ_cc⁺-কে প্রোটনের একটি উন্নত সংস্করণ হিসেবে দেখানো হয়েছে, যেখানে প্রোটনের হালকা কোয়ার্কগুলো ভারী চার্ম কোয়ার্ক দ্বারা প্রতিস্থাপিত হয়েছে। প্রোটনের ‘ফ্যামিলি ট্রি’-তে এটি এমন এক অবস্থানে রয়েছে যেখানে উভয় হালকা কোয়ার্কই চার্ম কোয়ার্ক দ্বারা পরিবর্তিত।